Formation of mixed Fe"-Fe"' oxides and their reactivity to catalyze chemical oxidation : remediation of hydrocarbon contaminated soils

par Muhammad Usman

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Christian Ruby, Pierre Faure et de Khalil Hanna.

Soutenue le 17-11-2011

à Nancy 1 , dans le cadre de SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires , en partenariat avec LCPME - Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environement - UMR 7564 (laboratoire) .

Le président du jury était Gilles Mailhot.

Les rapporteurs étaient Jean-François Boily, Stefan Haderlein.

  • Titre traduit

    Formation des composés mixtes Fe"-Fe"' et réactivité catalytique pour l'oxydation chimique : remédiation des sols contaminés par les hydrocarbures


  • Résumé

    Le thème principal de cette recherche est la remédiation des sols contaminés par des hydrocarbures en utilisant des traitements d'oxydation chimique à pH neutre. Les minéraux à base de fer sont susceptibles de catalyser cette réaction d'oxydation. L'étude concerne donc dans un premier temps la synthèse des minéraux réactifs contenant des espèces FeII et FeIII (la magnétite et la rouille verte) et, dans un second temps, leur utilisation pour catalyser l'oxydation chimique. Les procédés d'oxydation testés incluent l'oxydation de type « Fenton-like (FL) » et de type persulfate activé (AP). La formation de la magnétite et de la rouille verte a été étudiée par des transformations abiotiques de différents oxydes ferriques (ferrihydrite, goethite, hématite et lépidocrocite) mis en présence de cations FeII. La magnétite a été utilisée pour catalyser les oxydations (FL et AP) dans la dégradation des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques polycycliques (HAP) à pH neutre. Une dégradation importante des hydrocarbures aliphatiques a été obtenue par ces deux oxydants, aussi bien pour des pétroles dégradés naturellement que pour un pétrole brut. L'oxydation catalysée par la magnétite a également été efficace pour la remédiation de deux sols contaminés par HAP provenant d'anciens sites de cokerie. Aucun sous-produit n'a été observé dans nos expériences d'oxydation. En revanche, une très faible dégradation des hydrocarbures a été observée lorsque les espèces FeII solubles ont été utilisées comme catalyseur. Des expériences d'oxydation ont également été réalisées en colonne. Ces études d'oxydation ont révélé l'importance du type de catalyseur utilisé pour l'oxydation, la disponibilité des HAP dans les sols et l'effet de la matrice du sol. Les résultats suggèrent que la magnétite peut être utilisée comme source de fer pour activer les deux oxydations par Fenton-like et persulfate à pH neutre. Ce travail a de fortes implications sur la remédiation par oxydation chimique in situ des sols pollués par des hydrocarbures


  • Résumé

    The main theme of this research is the use of reactive iron minerals in the remediation of hydrocarbon contaminated soils via chemical oxidation treatments at circumneutral pH. The contribution of this thesis is two-fold including the abiotic synthesis of mixed FeII-FeIII oxides considered as reactive iron minerals (magnetite and green rust) and their use to catalyze chemical oxidation. Oxidation methods tested in this study include Fenton-like (FL) and activated persulfate oxidation (AP). The formation of magnetite and green rust was studied by abiotic FeII-induced transformations of various ferric oxides like ferrihydrite, goethite, hematite and lepidocrocite. Then, the ability of magnetite was tested to catalyze chemical oxidation (FL and AP) for the degradation of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) at circumneutral pH. Significant degradation of oil hydrocarbons occurring in weathered as well as in crude oil was obtained by both oxidants. Magnetite catalyzed oxidation was also effective for remediation of two PAHs contaminated soils from ancient coking plant sites. No by-products were observed in all batch slurry oxidation systems. Very low hydrocarbon degradation was observed when soluble FeII was used as catalyst under the same experimental conditions. Magnetite also exhibited high reactivity to catalyze chemical oxidation in column experiments under flow through conditions. Oxidation studies revealed the importance of catalyst type for oxidation, PAHs availability in soils and the soil matrix effect. Results of this study suggest that magnetite can be used as iron source to activate both Fenton-like and persulfate oxidation at circumneutral pH. This study has important implications in the remediation of hydrocarbon polluted soils through in-situ chemical oxidation


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.